ऑल-व्हील ड्राइव समझाया: इतिहास, तकनीक और AWD सिस्टम कैसे काम करते हैं

यह लेख एक सरल तकनीकी गाइड के रूप में शुरू हुआ था — कुछ ऐसा जैसे “ऑल-व्हील ड्राइव के बारे में वह सब कुछ जो आप जानना चाहते थे, लेकिन किससे पूछें यह नहीं जानते थे।” हमने यह कवर करने की योजना बनाई थी कि ओपन डिफरेंशियल विस्को-कपलर या हैल्डेक्स-प्रकार की इकाइयों से कैसे भिन्न होते हैं, सेल्फ-लॉकिंग डिफरेंशियल वास्तव में क्या करते हैं, और इसका महत्व क्यों है। लेकिन जैसे-जैसे हम इतिहास में गहरे उतरते गए, हम और अधिक चौंकते गए। यह पता चला कि स्थायी ऑल-व्हील ड्राइव वाली पहली यात्री कार सौ साल से भी पहले नीदरलैंड में बनाई गई थी। और 1935 में, एक चार-पहिया ड्राइव अमेरिकी रेसिंग कार आश्चर्यजनक रूप से विश्व इतिहास की दिशा बदलने के करीब आ गई थी।

एक यात्री कार को ऑल-व्हील ड्राइव की आवश्यकता क्यों है? 21वीं सदी में, उत्तर स्पष्ट लगता है: बेहतर ट्रैक्शन, फिसलन भरी सतहों पर कम व्हीलस्पिन, और पावर के तहत बेहतर हैंडलिंग। चार चालित पहिए सरल रूप से दो से बेहतर हैं। लेकिन मानवता ने इस बुनियादी सत्य पर कार्य करने में आश्चर्यजनक रूप से लंबा समय लिया। किसी भी ऑटोमोटिव इतिहासकार से पूछें और वे आपको बताएंगे कि मास-मार्केट यात्री कारों के लिए ऑल-व्हील ड्राइव युग 1980 में ऑडी क्वात्रो के साथ शुरू हुआ। वे दुर्लभ पूर्ववर्तियों का भी उल्लेख कर सकते हैं — 1966 की ब्रिटिश सुपरकार जेन्सन FF और 1972 की सुबारू लियोन 4WD। एक वास्तविक विशेषज्ञ, हालांकि, जल्दी से नोट करेगा कि शुरुआती फोर-व्हील-ड्राइव सुबारू बिल्कुल भी स्थायी AWD सिस्टम नहीं थे — वे पार्ट-टाइम थे। और जैसा कि हम समझाएंगे, यह एक महत्वपूर्ण अंतर है।

पार्ट-टाइम 4WD: एक अस्थायी समाधान

एक एक्सल पर पार्ट-टाइम ड्राइव एक समझौता समाधान है, और रोड कारों के लिए विशेष रूप से सुरुचिपूर्ण नहीं। “पार्ट-टाइम 4WD” शब्द की उत्पत्ति SUVs और ऑफ-रोड ट्रकों की दुनिया से हुई। इस कॉन्फिगरेशन में, एक एक्सल स्थायी रूप से चलाता है जबकि दूसरे को माँग पर कठोरता से जोड़ा जाता है — लेकिन इस कठोर कनेक्शन का उपयोग केवल ऑफ-रोड पर किया जा सकता है। पक्की सतहों पर, पार्ट-टाइम सिस्टम को पूरी तरह से अलग करना होगा। यहाँ कारण है:

• जब कार मुड़ती है, तो आगे के पहिए पीछे के पहियों की तुलना में लंबा चाप तय करते हैं और इसलिए तेज़ी से घूमने चाहिए।
• एक कठोरता से जुड़े ऑल-व्हील ड्राइव सिस्टम के साथ, आगे के पहियों पर ट्रैक्शन कम होता है जबकि पीछे का टॉर्क बढ़ता है।
• कुछ मामलों में, आगे के पहिए वास्तव में ड्राइविंग फोर्स के बजाय ब्रेकिंग फोर्स उत्पन्न कर सकते हैं — प्रतिरोध बढ़ाते हुए और कार को स्टीयर करना कठिन बनाते हुए।
• कीचड़ या बर्फ जैसी ढीली सतहों पर, यह प्रभाव प्रबंधनीय है, लेकिन टार्मैक पर यह गंभीर ड्राइवट्रेन बाइंडिंग और हैंडलिंग समस्याएं पैदा करता है।

जब एक कार मोड़ लेती है, तो हर पहिया अपना चाप अनुसरण करता है और अलग गति से घूमना चाहिए। यही कारण है कि एक स्थायी ऑल-व्हील ड्राइव सिस्टम के लिए तीन डिफरेंशियल की आवश्यकता होती है: दो इंटर-व्हील डिफरेंशियल (प्रत्येक एक्सल पर एक) और एक इंटर-एक्सल डिफरेंशियल जो दोनों चालित एक्सल को एक-दूसरे से स्वतंत्र रूप से घूमने की अनुमति देता है।

इन कमियों के बावजूद, कठोरता से जुड़ा ऑल-व्हील ड्राइव कुछ रोड-गोइंग वाहनों पर दिखाई दिया — हालांकि वे चरित्र में ऑफ-रोड ट्रकों के करीब थे। सोवियत संघ में, उदाहरण के लिए, GAZ-61 “एम्का” — एक छह-सिलेंडर इंजन और पार्ट-टाइम फ्रंट एक्सल वाली चार-पहिया-ड्राइव सैलून — 1938 में छोटे-बैच उत्पादन में शुरू हुई। युद्ध के बाद, इसी तरह के ड्राइवट्रेन GAZ-M72 “पोबेडा” ऑफ-रोड वैरिएंट और मोस्कविच-410 में दिखाई दिए। 1972 की सुबारू लियोन 4WD ने उसी तर्क का पालन किया: यह ऑफ-रोड उपयोग के लिए बनाई गई थी, मानक फ्रंट-व्हील-ड्राइव सुबारू की तुलना में अधिक राइड हाइट के साथ, और एक मैन्युअल रूप से संलग्न रियर एक्सल के साथ।

सुबारू लियोन 4WD स्टेशन वैगन (1972–1979) एक फ्रंट-व्हील-ड्राइव प्लेटफॉर्म का चार-पहिया-ड्राइव अनुकूलन था, जिसमें मैन्युअल रूप से जुड़ा रियर एक्सल था। मुख्य विनिर्देशों में शामिल थे:

• इंजन विकल्प: 1.4-लीटर (72 hp) या 1.6-लीटर (80 hp)
• बॉडी स्टाइल: स्टेशन वैगन, सैलून, और पिकअप ट्रक
• रियर-व्हील ड्राइव एंगेजमेंट: मैन्युअल ट्रांसमिशन कारों पर मैन्युअल; ऑटोमैटिक पर मल्टी-डिस्क फ्रिक्शन क्लच के माध्यम से स्वचालित
• यह पार्ट-टाइम व्यवस्था 1989 तक सभी चार-पहिया-ड्राइव सुबारू पर जारी रही

पार्ट-टाइम ऑल-व्हील ड्राइव की मूल समस्या यह है कि यह पक्की सड़कों पर बेकार है जहाँ अधिकांश कारें अपना अधिकांश समय बिताती हैं — फिर भी कार को हमेशा एक ट्रांसफर केस, एक दूसरा ड्राइवशाफ्ट, और एक सेकेंडरी एक्सल असेंबली का अतिरिक्त भार उठाना पड़ता है। हालांकि, एक पार्ट-टाइम सिस्टम को फुल-टाइम में बदलने के लिए केवल एक अतिरिक्त घटक की आवश्यकता होती है: ट्रांसफर केस में एक इंटर-एक्सल डिफरेंशियल।

फुल-टाइम ऑल-व्हील ड्राइव: यह कैसे काम करता है और यह क्यों महत्वपूर्ण है

इंटर-एक्सल डिफरेंशियल स्थायी ऑल-व्हील ड्राइव की कुंजी है। दो इंटर-व्हील डिफरेंशियल — प्रत्येक एक्सल पर एक — कोनों में प्रत्येक एक्सल पर बाएं और दाएं पहियों को अलग-अलग गति से घूमने की अनुमति देते हैं। इंटर-एक्सल डिफरेंशियल आगे और पीछे के एक्सल के बीच वही काम करता है। तीनों डिफरेंशियल से लैस कार बिना ड्राइवट्रेन बाइंडिंग या हैंडलिंग दंड के किसी भी रोड सरफेस पर स्थायी ऑल-व्हील ड्राइव चला सकती है।

सिद्धांत में सरल — फिर भी 1980 के दशक की शुरुआत तक, ऑटोमोटिव मेनस्ट्रीम ने रोड कारों के लिए फुल-टाइम AWD को अनावश्यक माना। पारंपरिक ज्ञान यह था कि सूखी टार्मैक पर लगातार दूसरी जोड़ी के पहियों और सभी संबंधित ड्राइवट्रेन घटकों को घुमाने से शोर बढ़ता है और ईंधन की बर्बादी होती है। ऑडी क्वात्रो ने उस सोच को स्थायी रूप से बदल दिया। सभी चार पहियों में हर समय इंजन टॉर्क वितरित करके, एक फुल-टाइम AWD सिस्टम:

• कोनों में पार्श्व बलों को संभालने के लिए एक बड़ा ग्रिप मार्जिन उपलब्ध छोड़ता है
• मध्य-कोने में त्वरण या ब्रेकिंग करते समय स्थिरता में उल्लेखनीय सुधार करता है
• थ्रॉटल इनपुट द्वारा उत्पन्न अचानक ओवरस्टीयर या अंडरस्टीयर के जोखिम को कम करता है

1980 के दशक के अंत का ऑडी 80 क्वात्रो दर्शाता है कि यह लेआउट कितना परिष्कृत हो गया। क्वात्रो आर्किटेक्चर प्रतिद्वंद्वी फर्ग्यूसन फॉर्मूला ट्रांसमिशन की तुलना में अधिक कॉम्पैक्ट है। 1984 से, ऑडी ने टोर्सन सेल्फ-लॉकिंग डिफरेंशियल को अपनाया — एक विशुद्ध यांत्रिक उपकरण जो व्हील स्पीड में अंतर के बजाय प्रत्येक आउटपुट शाफ्ट पर टॉर्क में बदलाव का जवाब देता है। विस्को-कपलर-आधारित डिफरेंशियल लॉक के विपरीत, टोर्सन केवल ट्रैक्शन के दौरान लॉक होता है, ब्रेकिंग के दौरान नहीं, जिसका अर्थ है कि यह ABS सिस्टम के साथ पूरी तरह संगत है और मंदी के दौरान स्थिरता में सुधार करता है।

यह उल्लेखनीय है कि रेंज रोवर (1970) और रूसी लाडा निवा (1976) को आमतौर पर इंटर-एक्सल डिफरेंशियल वाले पहले बड़े पैमाने पर उत्पादित वाहन माने जाते हैं — लेकिन दोनों दृढ़ता से ऑफ-रोड श्रेणी में हैं। ऑडी क्वात्रो विशेष रूप से यात्री कारों के बीच अग्रणी का खिताब रखता है।

शुरुआती फोर-व्हील ड्राइव रेसिंग कारें: स्पाइकर से बुगाटी तक

क्या रेसिंग कार डिजाइनरों ने क्वात्रो युग से पहले फुल-टाइम ऑल-व्हील ड्राइव का पता लगाया? उत्तर निश्चित रूप से हाँ है — और यह कहानी अधिकांश लोगों की अपेक्षा से कहीं अधिक पुरानी है।

फर्डिनेंड पोर्शे का पहला युद्ध के बाद का प्रोजेक्ट एक फोर-व्हील-ड्राइव रेसिंग कार था: सिसिटेलिया 360, मिड-इंजन लेआउट और 1.5-लीटर बारह-सिलेंडर इंजन के साथ। हालांकि, इसका फ्रंट-व्हील ड्राइव पार्ट-टाइम था — चालक इसे केवल ट्रैक के सीधे हिस्सों पर लगाता था, कोनों से पहले रियर-व्हील ड्राइव पर वापस स्विच करता था।

लेकिन पोर्शे ने वास्तव में कहीं पहले एक फोर-व्हील-ड्राइव वाहन बनाया था: 1900 में चार अलग-अलग व्हील मोटरों वाली एक इलेक्ट्रिक कार। ऑटोमोटिव इतिहासकारों के लिए वास्तविक आघात, हालांकि, डच निर्माता स्पाइकर द्वारा 1902 में बनाई गई रेसिंग कार है। उस समय जब ब्रेक भी केवल पिछले पहियों पर लगाए जाते थे, इस कार में वास्तविक फुल-टाइम ऑल-व्हील ड्राइव था — इंटर-एक्सल डिफरेंशियल के साथ।

स्पाइकर कंपनी 1880 में स्पाइजकर भाइयों द्वारा घोड़ा-गाड़ी निर्माता के रूप में स्थापित की गई थी। उनकी पहली कार 1900 में आई, और दो साल बाद, बेल्जियन डिजाइनर जोसेफ वेलेंटिन लाविओलेट के साथ काम करते हुए, उन्होंने फोर-व्हील-ड्राइव स्पाइकर 60 HP रेसिंग कार (1902–1907) बनाई। उस युग के लिए इसकी विशिष्टता असाधारण रूप से उन्नत थी:

• तीन डिफरेंशियल — इंटर-एक्सल और दोनों इंटर-व्हील
• तीन अलग ब्रेकिंग तंत्र — दो पिछले पहियों पर, एक फ्रंट ड्राइवशाफ्ट पर
• एक फोर-व्हील ड्राइव सिस्टम जो दशकों तक अवधारणा में अतुलनीय रहेगा

पूर्ण-समय फोर-व्हील ड्राइव अवधारणा, इसलिए, एक सदी से भी अधिक पुरानी है। बहुत कम फोर-व्हील-ड्राइव स्पाइकर बनाए गए — वे बेहद महंगी थीं और कभी उल्लेखनीय रेसिंग सफलता हासिल नहीं की। 1930 के दशक की शुरुआत में दो और महत्वाकांक्षी AWD रेसिंग प्रोजेक्ट आए: बुगाटी टिपो 53 और मिलर FWD।

बुगाटी टिपो 53 प्रोजेक्ट की उत्पत्ति फिएट इंजीनियर एंटोनियो पिचेट्टो के साथ हुई, जिन्होंने 1930 में एटोर बुगाटी को यह विचार प्रस्तावित किया। तीन कारें 1932 में पूरी की गईं, प्रत्येक में शामिल था:

• एक 300 hp सुपरचार्ज्ड स्ट्रेट-एट इंजन
• तीन डिफरेंशियल के साथ फुल-टाइम ऑल-व्हील ड्राइव
• अलग से माउंटेड गियरबॉक्स के साथ एकीकृत ट्रांसफर केस और इंटर-एक्सल डिफरेंशियल
• कार के बाईं ओर दोनों एक्सल के लिए ड्राइव शाफ्ट
• अनुप्रस्थ स्प्रिंग पर एक स्वतंत्र फ्रंट सस्पेंशन — बुगाटी के लिए असामान्य

समकालीन रियर-व्हील-ड्राइव कारों को बजरी के कोनों में पीछे छोड़ने के बावजूद, टिपो 53 फ्रंट ड्राइवशाफ्ट में कॉन्स्टेंट-वेलोसिटी जोड़ों के बजाय मानक कार्डन जोड़ों के उपयोग के कारण अत्यधिक स्टीयरिंग प्रयास से पीड़ित थी। तीन कारों ने 1935 तक प्रतिस्पर्धा की।

मिलर FWD आंशिक रूप से इसलिए आया क्योंकि अमेरिकी डिजाइनर हैरी मिलर ने विशेष रूप से अलग करने के लिए खरीदी गई एक फ्रंट-व्हील-ड्राइव बुगाटी का अध्ययन किया था। बुगाटी के दृष्टिकोण से प्रेरित होकर, मिलर ने FWD ट्रक कंपनी के प्रायोजन के साथ अपना फोर-व्हील-ड्राइव चेसिस विकसित किया। चार-पहिया-ड्राइव मिलर में से एक 1934 इंडियानापोलिस 500 में नौवें स्थान पर यांत्रिक समस्याओं के साथ सेवानिवृत्त होने से पहले आगे चल रही थी।

ये कारें ऑटोमोटिव इतिहास के सबसे अजीब “क्या होता अगर” क्षणों में से एक से भी जुड़ी हैं। 1935 में बर्लिन के AVUS ट्रैक पर एक रेस के दौरान, एक फोर-व्हील-ड्राइव मिलर तीसरे स्थान पर चल रही थी जब इसका स्ट्रेट-एट इंजन भयावह रूप से विफल हो गया, जिससे मलबा ग्रैंडस्टैंड की ओर उड़ गया। एडॉल्फ हिटलर उस दिन स्टैंड में मौजूद था। यदि एक छोटा टुकड़ा भी उस तक पहुँच जाता, तो द्वितीय विश्व युद्ध — और विश्व इतिहास — का पाठ्यक्रम पूरी तरह से अलग हो सकता था।

फर्ग्यूसन फॉर्मूला: वह AWD सिस्टम जिसने सब कुछ बदल दिया

ऑल-व्हील ड्राइव इतिहास में अगले महत्वपूर्ण अध्याय को समझने के लिए, ओपन इंटर-एक्सल डिफरेंशियल की एक मौलिक सीमा पर पुनर्विचार करना उपयोगी है। एक ओपन डिफरेंशियल एक एक्सल को स्वतंत्र रूप से घूमने देता है जबकि दूसरे को कोई टॉर्क नहीं मिलता। यदि पिछले पहिए पूरी तरह से पकड़ खो देते हैं, तो आगे के पहिए स्थिर रह सकते हैं जबकि पीछे के पहिए घूमते रहते हैं — डिफरेंशियल इसे रोकने के लिए कुछ नहीं करता।

SUVs के लिए विकसित समाधान पॉजिटिव लॉकिंग था: चालक मैन्युअल रूप से एक तंत्र संलग्न करता है जो डिफरेंशियल गियर को कठोरता से लॉक करता है, डिफरेंशियल ड्राइव को एक ठोस कनेक्शन में परिवर्तित करता है। इस दृष्टिकोण का उपयोग शुरुआती रेंज रोवर, लाडा निवा, और कई अन्य ऑफ-रोड वाहनों में किया गया था — जिसमें पहली पीढ़ी के ऑडी क्वात्रो भी शामिल थे, जिसमें 1984 तक चालक को केंद्र डिफरेंशियल को मैन्युअल रूप से लॉक करना आवश्यक था। लेकिन मैन्युअल लॉकिंग एक और समझौता है: इसे कठोर सतहों पर अलग करना होगा, और यदि फिसलन भरी सड़क पर अप्रत्याशित रूप से व्हीलस्पिन शुरू हो जाए तो यह कोई सुरक्षा प्रदान नहीं करता।

पहला स्वचालित सेल्फ-लॉकिंग इंटर-एक्सल डिफरेंशियल ब्रिटिश रेसिंग ड्राइवर और इंजीनियर टोनी रोल्ट की रचना थी। अपने मित्र और साथी रेसर फ्रेड डिक्सन के साथ, रोल्ट ने युद्ध से पहले रोल्ट/डिक्सन डेवलपमेंट्स वर्कशॉप चलाई थी। बाद में, दोनों स्थायी ऑल-व्हील ड्राइव की संभावना से मोहित हो गए। “क्रैब” नामक एक प्रयोगात्मक फोर-व्हील-ड्राइव टेस्टबेड बनाने के बाद, उन्होंने हैरी फर्ग्यूसन — सफल ट्रैक्टर निर्माता — के साथ हैरी फर्ग्यूसन रिसर्च बनाने के लिए 1950 में हाथ मिलाया।

फर्ग्यूसन का दृष्टिकोण एक रेसिंग कार नहीं बल्कि एक वास्तव में सुरक्षित रोड कार था: एक जिसके पहिए न तो त्वरण में घूमेंगे और न ही ब्रेकिंग में लॉक होंगे। रोल्ट और डिक्सन ने ऐसी कार पूरी तरह से शुरू से डिज़ाइन करने का संकल्प लिया — बॉडी, ट्रांसमिशन, और पावरट्रेन सहित। अनुभवी डिजाइनर क्लॉड हिल (पहले एस्टन मार्टिन के) को मुख्य इंजीनियर के रूप में लाने के बाद, प्रयोगात्मक फर्ग्यूसन R4 सैलून छह साल के विकास के बाद पूरी हुई। 1956 के लिए इसकी विशिष्टता उल्लेखनीय थी:

• सेल्फ-लॉकिंग इंटर-एक्सल डिफरेंशियल के साथ स्थायी ऑल-व्हील ड्राइव
• एक फ्लैट-फोर इंजन
• सभी चार पहियों पर डिस्क ब्रेक
• डनलप MaxaRet इलेक्ट्रोमैकेनिकल एंटी-लॉक ब्रेकिंग सिस्टम, विमानन से अनुकूलित

फर्ग्यूसन फॉर्मूला ट्रांसमिशन का दिल ट्रांसफर केस के अंदर एक कुशाग्र सेल्फ-लॉकिंग तंत्र था। डिफरेंशियल के अलावा, इकाई में एक अतिरिक्त गियर सेट, दो बॉल ओवररनिंग क्लच, और फ्रिक्शन डिस्क के दो पैक शामिल थे। सामान्य परिस्थितियों में, ये तत्व चुपचाप निष्क्रिय रहते। लेकिन जब एक एक्सल के पहिए फिसलने लगते — आउटपुट शाफ्ट की गति में अंतर पैदा करते — तो एक क्लच संलग्न हो जाता, अपने फ्रिक्शन पैक को डिफरेंशियल गियर के खिलाफ दबाता और तुरंत डिफरेंशियल ड्राइव को एक ठोस कनेक्शन में बदल देता।

1962 का दूसरा प्रोटोटाइप, फर्ग्यूसन R5 एस्टेट, और भी अधिक सक्षम था। ऑटोकार पत्रिका के परीक्षकों ने नोट किया कि यह उन गति पर आसंजन की सीमाओं तक पहुँची जो लगभग असंभव लगती थीं। इसके बावजूद, किसी भी निर्माता ने फर्ग्यूसन को उत्पादन में लाने के लिए सहमति नहीं दी — जटिलता और लागत बहुत अधिक थी। हालांकि, 1962 में टोनी रोल्ट ने जेन्सन कार्स के प्रबंधन को उनके आगामी CV8 कूपे के लिए फर्ग्यूसन फॉर्मूला ट्रांसमिशन अनुकूलित करने के लिए मनाया, जिसमें 300 hp क्रिसलर V8 इंजन का उपयोग हुआ। तीन साल बाद, एक प्रयोगात्मक फोर-व्हील-ड्राइव जेन्सन CV8 FF पूरा हुआ।

1966 में, जेन्सन इंटरसेप्टर ने CV8 की जगह ली — और मानक रियर-व्हील-ड्राइव कूपे के साथ, जेन्सन ने एक विवेकपूर्ण “FF” नामपट्टी के साथ एक ऑल-व्हील-ड्राइव वैरिएंट की पेशकश की। जेन्सन FF एक सेल्फ-लॉकिंग इंटर-एक्सल डिफरेंशियल को ABS के साथ जोड़ने वाली दुनिया की पहली प्रोडक्शन कार बन गई। “FF” पदनाम “फॉर्मूला फर्ग्यूसन” के लिए था। मुख्य विनिर्देशों में शामिल थे:

• 6.3-लीटर क्रिसलर V8 बिग-ब्लॉक इंजन जो 325 hp उत्पन्न करता है
• थ्री-स्पीड टॉर्कफ्लाइट ऑटोमैटिक या फोर-स्पीड मैन्युअल गियरबॉक्स
• असममित टॉर्क स्प्लिट: रियर एक्सल को 63%, फ्रंट को 37% — रियर-व्हील-ड्राइव हैंडलिंग चरित्र को संरक्षित करने के लिए
• सिंगल-चैनल डनलप MaxaRet ABS
• रैक-एंड-पिनियन पावर स्टीयरिंग और चारों ओर डिस्क ब्रेक
• टॉप स्पीड 212 किमी/घंटा; 0–100 किमी/घंटा 7.7 सेकंड में; कर्ब वेट लगभग 1,800 किग्रा
• 1968 में यूके मूल्य: लगभग £6,000 — सबसे सस्ते रोल्स-रॉयस के समान
• कुल उत्पादन: 318 कारें (1966–1971)

उस युग के हर ऑटोमोटिव पत्रकार ने जेन्सन FF की असाधारण स्थिरता और जो उन्होंने “गीली डामर पर एक लगभग असीमित ट्रैक्शन मार्जिन” के रूप में वर्णित किया, उसकी प्रशंसा की। दुखद रूप से, हैरी फर्ग्यूसन ने खुद कभी जेन्सन FF नहीं देखा — उनकी मृत्यु 1960 में हो गई।

फर्ग्यूसन फॉर्मूला पर इतना समय क्यों बिताएं? क्योंकि हैरी फर्ग्यूसन रिसर्च दुनिया में कहीं भी पहला संगठन था जिसने ऑल-व्हील ड्राइव को मुख्य रूप से सक्रिय सुरक्षा के लिए एक उपकरण के रूप में माना — न केवल ऑफ-रोड ट्रैक्शन समस्याओं के समाधान के रूप में। असममित टॉर्क स्प्लिट उस अप्रत्याशितता से बचने के लिए एक जानबूझकर किया गया चुनाव था जो सममित AWD सिस्टम को परेशान करती है। रियर-व्हील-ड्राइव कार पर, फिसलन भरे कोने में बहुत अधिक थ्रॉटल लगाने से पूर्वानुमानित ओवरस्टीयर होता है। फ्रंट-व्हील-ड्राइव कार पर, यह पूर्वानुमानित अंडरस्टीयर का कारण बनता है। सममित AWD कार पर, प्रतिक्रिया इस बात पर निर्भर करती है कि किस एक्सल की सबसे खराब पकड़ है — जो अस्पष्ट और खतरनाक हो सकती है। पीछे की ओर टॉर्क पक्षपाती करके, फर्ग्यूसन फॉर्मूला ने जेन्सन FF को अधिकांश परिस्थितियों में लगभग पूर्वानुमानित रियर-ड्राइव हैंडलिंग दी।

विस्को-कपलर का आविष्कार

फर्ग्यूसन फॉर्मूला के सेल्फ-लॉकिंग तंत्र की एक महत्वपूर्ण सीमा थी: इसके ओवररनिंग क्लच बाइनरी, ऑन-ऑफ तरीके से काम करते थे। ओपन डिफरेंशियल से फुल लॉक में संक्रमण तत्काल था, जो एंगेजमेंट के क्षण में अपनी हैंडलिंग अस्पष्टता पैदा कर सकता था। जो चाहिए था वह एक तंत्र था जो डिफरेंशियल लॉक की डिग्री को सुचारू रूप से और क्रमिक रूप से बदल सके।

1960 के दशक के अंत में, टोनी रोल्ट और डेरेक गार्डनर — बाद में टायरेल की फॉर्मूला 1 कारों के मुख्य डिजाइनर — विस्कस फैन ड्राइव कपलिंग में उपयोग किए जाने वाले सिलिकॉन फ्लुइड के साथ प्रयोग करने लगे। परिणाम था विस्को-कपलर: एक बेलनाकार हाउसिंग सिलिकॉन फ्लुइड से भरा, जिसमें प्रत्येक आउटपुट शाफ्ट से जुड़े फ्रिक्शन डिस्क के वैकल्पिक पैक थे।

यह इस प्रकार काम करता है:

• सामान्य परिस्थितियों में, सभी पहियों के समान गति से घूमने के साथ, डिस्क पैक एक-दूसरे के सापेक्ष मुश्किल से हिलते हैं और कपलर का डिफरेंशियल पर कोई प्रभाव नहीं होता।
• जब एक एक्सल फिसलना शुरू होता है, तो इसका आउटपुट शाफ्ट तेज़ी से घूमता है, जिससे डिस्क पैक एक-दूसरे के सापेक्ष घूमते हैं और सिलिकॉन फ्लुइड को कतरते हैं।
• कतरन कपलर के अंदर तापमान और दबाव बढ़ाता है, जो फ्लुइड की श्यानता को नाटकीय रूप से बढ़ाता है।
• यह श्यानता वृद्धि डिस्क को एक-दूसरे के खिलाफ खींचने का कारण बनती है, क्रमिक रूप से तेज़ी से घूमने वाले शाफ्ट को ब्रेक लगाती है और डिफरेंशियल को आंशिक रूप से या पूरी तरह से लॉक करती है।

विस्को-कपलर का पेटेंट कराने के बाद, टोनी रोल्ट ने 1971 में ऑल-व्हील ड्राइव ट्रांसमिशन को व्यावसायिक रूप से आपूर्ति करने के लिए FF डेवलपमेंट्स (FFD) की स्थापना की। शुरुआती प्रोजेक्ट में ब्रिटिश वानिकी सेवाओं के लिए फोर-व्हील-ड्राइव बेडफोर्ड वैन, फोर्ड ज़ेफायर FF पुलिस कारों का एक बैच, और बर्लिन में ब्रिटिश सैन्य मिशन के लिए ओपेल सेनेटर 4×4 सैलून शामिल थे।

FFD की सबसे महत्वपूर्ण प्रोडक्शन उपलब्धि AMC ईगल (1979–1988) के लिए ट्रांसमिशन थी — AMC कॉनकॉर्ड सैलून का एक ऊँचा, ऑल-व्हील-ड्राइव संस्करण, बड़े टायरों और 75 मिमी बॉडी लिफ्ट के साथ। AMC ईगल विस्को-कपलर से लॉक्ड इंटर-एक्सल डिफरेंशियल का उपयोग करने वाली दुनिया की पहली प्रोडक्शन कार थी। हालांकि एक परफॉर्मेंस कार के बजाय हल्के ऑफ-रोडर के रूप में कल्पित, इसकी ट्रांसमिशन आर्किटेक्चर अब तक बनाई गई कुछ सबसे प्रसिद्ध परफॉर्मेंस AWD कारों का प्रत्यक्ष पूर्वज बन गई — जिसमें सुबारू इम्प्रेज़ा WRX और मित्सुबिशी लांसर इवोल्यूशन की शुरुआती पीढ़ियां शामिल हैं।

सेल्फ-लॉकिंग डिफरेंशियल: टोर्सन से इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण तक

जब ऑडी क्वात्रो 1981 में प्रोडक्शन में आई — AMC ईगल की शुरुआत के दो साल बाद — इसमें मैन्युअल रूप से संचालित पॉजिटिव लॉक के साथ एक पारंपरिक ओपन इंटर-एक्सल डिफरेंशियल का उपयोग किया गया था। ऑडी के समाधान की सुंदरता पैकेजिंग में थी: लंबवत रूप से माउंटेड इंजन सीधे रियर एक्सल की ओर इशारा करता था, और एक इंटर-एक्सल डिफरेंशियल सीधे गियरबॉक्स में एकीकृत किया गया था। गियरबॉक्स का सेकेंडरी शाफ्ट खोखला बनाया गया था, और फ्रंट ड्राइवशाफ्ट उसके माध्यम से रूट किया गया था। फर्डिनेंड पिएच की टीम ने फ्रंट और रियर के बीच एक सममित 50:50 टॉर्क स्प्लिट चुना।

1984 में, मैन्युअल डिफरेंशियल लॉक लीवर आखिरकार ऑडी केबिन से गायब हो गए, टोर्सन (TORque SENsing) सेल्फ-लॉकिंग डिफरेंशियल द्वारा प्रतिस्थापित किए गए। टोर्सन कई प्रमुख लाभ प्रदान करता है:

• यह पूरी तरह से यांत्रिक है — कोई इलेक्ट्रॉनिक्स, फ्लुइड, या ड्राइवर इनपुट आवश्यक नहीं
• यह स्पीड में अंतर के बजाय आउटपुट शाफ्ट पर टॉर्क में बदलाव का जवाब देता है, जिसका अर्थ है कि यह वास्तव में व्हीलस्पिन शुरू होने से पहले प्रतिक्रिया कर सकता है
• विस्को-कपलर के विपरीत, यह ट्रैक्शन के दौरान लॉक होता है, ब्रेकिंग के दौरान नहीं, इसे पूरी तरह ABS-संगत बनाता है
• लॉकिंग और अनलॉकिंग सुचारू और निरंतर होती है, कोई बाइनरी संक्रमण नहीं

टोर्सन की परफॉर्मेंस कारों पर हैंडलिंग और स्थिरता सुधार देने की सिद्ध क्षमता ने बाद में SUV इंजीनियरों को कार-जैसी डायनामिक्स की तलाश में आकर्षित किया। आज इसका उपयोग रेंज रोवर, फोक्सवैगन टौरेग, पोर्शे कायेन, और टोयोटा लैंड क्रूजर प्राडो सहित वाहनों के ट्रांसमिशन में किया जाता है।

1980 के दशक में, ऑडी क्वात्रो की रैली प्रभुत्व ने ग्रुप B प्रतिस्पर्धियों के बीच एक ऑल-व्हील ड्राइव हथियारों की दौड़ शुरू की। कुछ सत्रों के भीतर, निम्नलिखित फोर-व्हील-ड्राइव रैली कारें सभी दिखाई दीं — प्रत्येक अपने सेल्फ-लॉकिंग डिफरेंशियल में FFD विस्को-कपलर तकनीक का उपयोग करते हुए:

• पीजो 205 T16
• ऑस्टिन मेट्रो 6R4
• लांसिया डेल्टा S4
• फोर्ड RS200

स्टुअर्ट रोल्ट, टोनी के बेटे, ने इस अवधि के दौरान रैली टीमों के साथ FFD के संबंधों का प्रबंधन किया।

1990 के दशक की शुरुआत में, रूस में AZLK फैक्ट्री ने भी मोस्कविच 2141 के ऑल-व्हील ड्राइव रैली संस्करण को विकसित करने के लिए FFD की ओर रुख किया। फोर्ड RS200 के समान तीन-डिफरेंशियल लेआउट का उपयोग करते हुए, प्रयोगात्मक फोर-व्हील-ड्राइव मोस्कविच ने चरम परिस्थितियों में उल्लेखनीय रूप से पूर्वानुमानित हैंडलिंग हासिल की। परीक्षण ने एक महत्वपूर्ण सिद्धांत का खुलासा किया: प्रत्येक विस्को-कपलर की लॉकिंग कठोरता को व्यक्तिगत रूप से समायोजित करके, इंजीनियर कार के हैंडलिंग बैलेंस को एक विस्तृत श्रेणी में ट्यून कर सकते थे:

• सख्त रियर इंटर-व्हील डिफरेंशियल → अधिक ओवरस्टीयर प्रवृत्ति
• सख्त फ्रंट या इंटर-एक्सल डिफरेंशियल → अधिक अंडरस्टीयर और स्थिरता

यही ट्यूनेबिलिटी है जिसके कारण आधुनिक WRC रैली कारें तीनों डिफरेंशियल में निष्क्रिय विस्को-कपलर के बजाय इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित मल्टी-डिस्क क्लच पैक का उपयोग करती हैं। हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर और एक ऑनबोर्ड कंप्यूटर प्रत्येक डिफरेंशियल के लॉक-अप को रियल टाइम में बदल सकते हैं — कार को स्वतंत्र रूप से घूमने देने के लिए कोने में प्रवेश करते समय क्लच छोड़ते हैं, फिर जैसे-जैसे ड्राइवर सीधे पर त्वरण करता है, क्रमिक रूप से उन्हें दबाते हैं ताकि अंडरस्टीयर से बचते हुए अधिकतम ट्रैक्शन मिले।

दो निर्माताओं ने रोड कारों में इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित डिफरेंशियल का बीड़ा उठाया:

• मर्सिडीज-बेंज 4Matic (1986, W124 E-Class): तीन इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित क्लच ने क्रमिक रूप से फ्रंट एक्सल को जोड़ा, फिर इंटर-एक्सल डिफरेंशियल को लॉक किया, फिर आवश्यकतानुसार रियर डिफरेंशियल को लॉक किया। सिस्टम प्रभावी था लेकिन अत्यधिक जटिल, और इलेक्ट्रॉनिक्स ढीली सतहों पर फ्रंट व्हील को ध्यान देने योग्य रूप से जोड़ने और अलग करने का कारण बन सकते थे।
• पोर्शे 959 (1986): चार चयन योग्य ड्राइवर मोड पर काम करने वाले दो इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित क्लच। 959 का सिस्टम अधिक परिष्कृत और उच्च-प्रदर्शन उपयोग के लिए बेहतर अनुकूल था।

डिफरेंशियल को बदलना: हैल्डेक्स और सरलीकृत AWD सिस्टम

जबकि रैली इंजीनियर सेल्फ-लॉकिंग डिफरेंशियल को उनकी सीमाओं तक धकेल रहे थे, मुख्यधारा यात्री कारों के डिजाइनर विपरीत दिशा में चले गए — इंटर-एक्सल डिफरेंशियल को पूरी तरह से समाप्त करना और इसे केवल एक विस्को-कपलर से बदलना। 1985 की फोक्सवैगन गोल्फ II सिंक्रो इस दृष्टिकोण का उपयोग करने वाली पहली यूरोपीय यात्री कार थी। ट्रांसमिशन GKN के इंजीनियरों द्वारा विकसित किया गया था, जिसने 1969 में FFD का अधिग्रहण किया था।

सरलीकृत विस्को-कपलर लेआउट ने मास-मार्केट प्रोडक्शन के लिए स्पष्ट लाभ प्रदान किए:

• ऑल-व्हील-ड्राइव मॉडल ने मानक फ्रंट-व्हील-ड्राइव संस्करण के साथ अधिकांश घटक साझा किए, निर्माण लागत और जटिलता को कम किया
• सामान्य परिस्थितियों में, कार फ्रंट-व्हील-ड्राइव कार की तरह समान रूप से चली
• जब फ्रंट व्हील फिसले, तो विस्को-कपलर लगभग 0.2 सेकंड के भीतर रियर को 70% तक टॉर्क स्थानांतरित कर सकता था

हालांकि, इस विलंबित एंगेजमेंट ने एक हैंडलिंग देनदारी बनाई: एक कार जो शुरुआत में फ्रंट-व्हील-ड्राइव वाहन की तरह व्यवहार करती (सामने की ओर चौड़ाई में धकेलती) अचानक रियर-बायस्ड व्यवहार में बदल सकती थी जब विस्को-कपलर संलग्न होता, ड्राइवरों को चौंकाती। जापानी निर्माताओं ने विभिन्न समाधानों की खोज की, जिनमें कई विस्को-कपलर फिटिंग शामिल थे — कुछ मॉडल, जैसे 1988 का निसान सनी/पल्सर, तीन का उपयोग करते थे: एक रियर ड्राइव संलग्न करने के लिए और एक प्रत्येक इंटर-व्हील डिफरेंशियल को लॉक करने के लिए। माज़दा कॉन्कोर्टो 4WD और आगे गया, इंटर-एक्सल और रियर इंटर-व्हील डिफरेंशियल दोनों के स्थान पर विस्को-कपलर का उपयोग करते हुए।

अगले विकासवादी कदम ने विस्को-कपलर को एक इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित हाइड्रोलिक मल्टी-डिस्क क्लच से बदल दिया — एक बहुत तेज़ और अधिक सटीक रूप से नियंत्रणीय उपकरण। हैल्डेक्स कपलिंग, जिसने फोक्सवैगन गोल्फ IV और इसके प्लेटफॉर्म सिबलिंग पर विस्को-कपलर को बदला, इस तकनीक का सबसे प्रसिद्ध उदाहरण है। यह कैसे काम करता है:

• फेस कैम फ्रंट और रियर शाफ्ट के बीच किसी भी रोटेशनल स्पीड अंतर का पता लगाते हैं
• कैम सतहों पर सवार रोलर रिंग सिलेंडर में पिस्टन को धकेलते हैं, हाइड्रोलिक फ्लुइड पंप करते हैं
• फ्लुइड दबाव मल्टी-डिस्क क्लच पैक को संपीड़ित करता है, रियर एक्सल को टॉर्क स्थानांतरित करता है
• एक सोलेनॉइड वाल्व, वाहन के इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा नियंत्रित, किसी भी बिंदु पर दबाव जारी कर सकता है — अनंत रूप से परिवर्तनशील टॉर्क वितरण की अनुमति देता है

आज, अधिकांश AWD यात्री कारें और क्रॉसओवर इस इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित क्लच आर्किटेक्चर के किसी न किसी संस्करण का उपयोग करती हैं — चाहे वह फोक्सवैगन ग्रुप वाहनों पर हैल्डेक्स हो, होंडा का VTM-4 हो, या BMW का xDrive हो। आधुनिक क्लच सिस्टम की गति ने एंगेजमेंट देरी को उस बिंदु तक कम कर दिया है जहाँ यह सामान्य ड्राइविंग में अगोचर है। कंट्रोल सॉफ्टवेयर की ट्यूनिंग अब हार्डवेयर से अधिक महत्वपूर्ण है: गोल्फ 4Motion और ऑडी A3 क्वात्रो यांत्रिक रूप से समान ट्रांसमिशन का उपयोग करते हैं, लेकिन अलग सॉफ्टवेयर फोक्सवैगन को एक सममित टॉर्क स्प्लिट देता है जबकि ऑडी का कैलिब्रेशन एक अधिक परिचित फ्रंट-व्हील-ड्राइव चरित्र के लिए 60% टॉर्क फ्रंट को भेजता है।

आज की AWD तकनीक: कौन सा सिस्टम सर्वश्रेष्ठ है?

मैन्युअल रूप से संलग्न दूसरे एक्सल के साथ पार्ट-टाइम ऑल-व्हील ड्राइव सिस्टम यात्री कारों से सौभाग्यवश गायब हो गए हैं। शेष आर्किटेक्चर के अपने गुण हैं:

• सेल्फ-लॉकिंग इंटर-एक्सल डिफरेंशियल के साथ फुल-टाइम AWD (सुबारू की तरह विस्को-कपलर, ऑडी A4/A6/A8 क्वात्रो और फोक्सवैगन फेटॉन की तरह Torsen यांत्रिक, या मित्सुबिशी लांसर Evo की तरह इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित क्लच): सबसे परिष्कृत और संतोषजनक सिस्टम, सही ढंग से कैलिब्रेट होने पर सड़क और ट्रैक दोनों पर हैंडलिंग में वास्तव में सुधार करने में सक्षम।
• ओपन इंटर-एक्सल डिफरेंशियल के साथ फुल-टाइम AWD (मर्सिडीज-बेंज 4Matic की तरह): सेल्फ-लॉकिंग की कमी की भरपाई के लिए एंटी-स्लिप इलेक्ट्रॉनिक्स पर निर्भर करता है। सड़क पर प्रभावी, लेकिन यांत्रिक रूप से कम सक्रिय।
• नियंत्रित क्लच के माध्यम से पार्ट-टाइम रियर ड्राइव (हैल्डेक्स, वोल्वो, साब, और विभिन्न फोक्सवैगन ग्रुप क्रॉसओवर पर): आधुनिक क्रॉसओवर में सबसे आम लेआउट — किफायती, हल्का, और तेज़ इलेक्ट्रॉनिक्स की बदौलत तेज़ी से सक्षम होता जा रहा है।

उन्नत AWD में प्रमुख प्रवृत्ति टॉर्क वेक्टरिंग है — न केवल फ्रंट और रियर एक्सल के बीच टॉर्क वितरित करना, बल्कि एक एक्सल पर बाएं और दाएं पहियों के बीच इसे सक्रिय रूप से बदलना। मित्सुबिशी लांसर एवोल्यूशन X तकनीक की अत्याधुनिक स्थिति का प्रतिनिधित्व करता है: इसका S-AWC सिस्टम एक इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित केंद्र डिफरेंशियल (ACD) को एक एक्टिव याव कंट्रोल (AYC) रियर डिफरेंशियल के साथ जोड़ता है जो स्वतंत्र रूप से पिछले पहियों के बीच टॉर्क स्थानांतरित करने में सक्षम है। अतिरिक्त गियर सेट टॉर्क बैलेंस को ग्रिप खोने से पहले सक्रिय रूप से स्थानांतरित कर सकते हैं, न कि प्रतिक्रियात्मक रूप से एक बार व्हीलस्पिन शुरू हो जाने के बाद।

व्यावहारिक दृष्टि से, आधुनिक AWD सिस्टम के बीच वास्तविक दुनिया की हैंडलिंग अंतर संकरे होते जा रहे हैं क्योंकि नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स अधिक परिष्कृत होते जा रहे हैं। एक क्रॉसओवर में एक अच्छी तरह से कैलिब्रेट किया गया Haldex-आधारित सिस्टम ऐसी स्थिरता प्रदान कर सकता है जो एक पीढ़ी पहले के यांत्रिक Torsen डिफरेंशियल से उल्लेखनीय लगती। यही अंततः वह दिशा है जिसमें तकनीक जा रही है — और अंतिम बिंदु चार अलग-अलग व्हील मोटर वाली इलेक्ट्रिक कार हो सकती है, प्रत्येक बिना किसी यांत्रिक ड्राइवट्रेन के सटीक रूप से नियंत्रित टॉर्क प्रदान करती है।

यह एक अनुवाद है। आप मूल यहाँ पढ़ सकते हैं: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html